基于轨道倾角约束的小行星探测弹、轨道拼接设计研究

发布时间：2021-06-05 05:58

　　设计一个完整的小行星探测轨道方案需要分别对整条轨迹中的弹道段和轨道段进行优化并拼接。目前拼接设计方法中对弹道段终点约束考虑不足、设计效率低。基于实际弹道运算数据计算了指定运载火箭发射弹道对停泊轨道倾角的约束形式,并研究了火箭偏航能力和射向变化对弹道-轨道拼接后无量纲运载能力的影响。结果表明,算例中的健神星探测窗口不适合低轨道倾角发射弹道。考虑一般情况,高轨道倾角发射弹道可以更好适应飞出地球引力影响球的深空探测类任务需求。根据研究结果,提出了对未来深空探测运载火箭的设计需求。 

【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(01)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

地球出发至健神星出发速度增量等高线

进一步分析能量较低的2020年转移窗口，根据第1节中定义，可以计算每一个出发速度对应的角度约束，画出在此窗口下的θdpt等值线，如图3所示。由图3可看出，针对该窗口的发射机会，如果只考虑发射速度小于7.1 km/s的深色区域，则出发速度角的取值范围约为15～27°，由式（1）知，对应于停泊轨道倾角的可选范围约为63～117°。如果运载火箭的发射能力无法满足这一约束，则意味需要损失运载能力去满足这一窗口[8]，或者选择其他窗口。

式中kj为各项的线性插值系数。这一估值虽然不是通过真实的弹道程序运算得到，但可以反映运载能力随发射能量和轨道倾角变化的规律。为了能在同一窗口中表征不同发射能量的弹道是否损失运载能力，再利用同一发射能量下无偏航运载能力进行归一化，并通过线性插值得到所有点数据。根据同一发射能量进行归一化的无量纲运载能力插值如图4所示。表2为发射情况与无量纲运载能力对应关系。针对不同的发射能量和出发速度角所在区间，可以确定运载火箭的发射弹道是否存在以及是否需要施加偏航，进而计算无量纲运载能力。如果窗口中的出发发射能量高于C3max，则将无量纲运载能力置为-0.5，如果发射能量满足但出发速度角不在可行范围内，则将无量纲运载能力置为0，以示区分。其余部分可按插值公式计算。

【参考文献】：
期刊论文
[1]20世纪90年代大运载总体方案论证的一些回顾[J]. 余梦伦.  宇航总体技术. 2018(02)
[2]深空探测发展与未来关键技术[J]. 吴伟仁,于登云.  深空探测学报. 2014(01)
[3]小行星探测目标选择与转移轨道方案设计[J]. 崔平远,乔栋,崔祜涛,栾恩杰.  中国科学:技术科学. 2010(06)



本文编号：3211579